DE19530644C1

DE19530644C1 - Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer

Info

Publication number: DE19530644C1
Application number: DE1995130644
Authority: DE
Inventors: Claus-Georg Mueller
Original assignee: Ams Optotech Vertrieb 80636 Muenchen De GmbH; Ams Optotech Vertrieb GmbH
Current assignee: Ams Optotech Vertrieb 80636 Muenchen De GmbH; Ams Optotech Vertrieb GmbH
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2015-08-22
Also published as: WO1997007608A1; AU6926196A; DE19680692D2

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Kanalmultiplexer und/oder einen -demultiplexer, insbesondere einen Wellenlän genmultiplexer und/oder -demultiplexer, bei dem Signale gleicher oder verschiedener Wellenlänge multiplext werden können.

Vielerorts existiert heute bereits eine Glasfaser-Übertra gungsstrecke, über die optische Signale übertragen werden. Die Glasfaserübertragung wird in den unterschiedlichsten An wendungsbereichen eingesetzt, so z. B. in weit verbreiteten Telekommunikationsnetzen oder Datennetzen, aber z. B. auch in Hochgeschwindigkeitszügen. Trotz dieser vielfältigen Mög lichkeiten stößt die Glasfaserübertragung scheinbar an ihre Grenzen, wenn ein neues, zusätzliches Signal auf der vorhan denen Strecke übertragen werden soll. In vielen Fällen ist es sehr aufwendig oder gar unmöglich, für eine solche Erwei terung zusätzliche Fasern zu verlegen. Die Übertragungskapa zitäten von Lichtwellenleitern sind jedoch so groß, daß sie meist nur zum Teil ausgeschöpft sind. Es gilt also nun, diese freien Kapazitäten zu nutzen und weitere Signale in die bestehende optische Datenleitung mit einzukoppeln.

Bekannte Wellenlängenmultiplexer erlauben es, zwei oder mehr optische Signale zu kombinieren und so gemeinsam über eine vorhandene oder geringere Zahl von Glasfasern zu übertragen. So müssen z. B. zwei oder mehr optische Signale, die in eine Richtung übertragen werden sollen, nicht über ebensoviele einzelne Fasern geschickt werden, sondern können über eine gemeinsame Faser übertragen werden. Auch optische Signale, die im Duplex-Betrieb (in zwei Richtungen) normalerweise über ein Faserpaar übertragen werden, können gemultiplext, d. h. die Anzahl der benötigten Fasern kann reduziert werden. Auf diese Weise ist es möglich, trotz einer vorgegebenen An zahl an Übertragungsfasern die Zahl der übertragbaren Sig nale zu erhöhen. Ein solches Multiplex-Verfahren ist für die unterschiedlichsten Wellenlängen geeignet und passive Wel lenlängenmultiplexer (WDM) erlauben es, zwei oder mehrere unterschiedliche Wellenlängen in eine Glasfaser einzukoppeln (multiplexen). Ebenso lassen sich zwei oder mehrere unter schiedliche Wellenlängen, die in einer Faser laufen, mit solch einem passiven Wellenlängendemultiplexer wieder in einzelne Fasern trennen (demultiplexen).

Die DE 44 24 139 offenbart das Prinzip einer optischen WDM- Koppelanordnung zum wellenlängenabhängigen Durchschalten von optischen Signalen. Damit können Signale mehrerer Eingangs fasern über optische Splitter, durchstimmbare Filter, opti sche Kombinierer und Wellenlängenkonverter auf mehrere Aus gangsfasern geschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer zur Ver fügung zu stellen, der ein Wellenlängenmultiplex von Signa len mit zwei oder mehr gleichen oder unterschiedlichen Wel lenlängen ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die zu übertragenden Signalwellenlängen mittels eines Signalwandlers so zu konvertieren, daß jeder Kanal eine eigene Wellenlänge hat, so daß mehrere Signale gleichzeitig in eine Faser eingekoppelt werden kön nen. Ein solcher Signalwandler weist dazu eine Empfangsdiode, eine elektronische Wandlerschaltung und eine Sendediode auf. Die Signale können dann auf der Empfängerseite wieder ge trennt werden, ohne daß der Informationsgehalt der Signale gemindert wird.

Je nach Konfiguration können verschiedene Geschwindigkeiten und Datenraten übertragen werden, aber auch unterschiedlich schnelle bzw. unterschiedlich codierte Signale gemultiplext werden. Entsprechend den geforderten Übertragungsraten wer den im Multiplexer geeignete elektrooptische Module einge setzt, die eine transparente Weiterführung der Signale ge währleisten.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines optischen Kanalmulti plexers und -demultiplexers einer ersten Ausfüh rungsform,

Fig. 2 den schematischen Aufbau eines optischen Kanalmulti plexers und -demultiplexers einer zweiten Ausfüh rungsform (Duplexbetrieb) und

Fig. 3 den schematischen Aufbau eines optischen Kanalmulti plexers und -demultiplexers einer dritten Ausfüh rungsform (Duplexbetrieb).

Passive Wellenlängenmultiplexer (WDM) werden auch in den op tischen Kanalmultiplexern und/oder -demultiplexern einge setzt, zum Teil auch als Kaskade mehrerer einzelner WDMs. Da passive Wellenlängenmultiplexer jedoch nur unterschiedliche Wellenlängen multiplexen und wieder demultiplexen können, wird im optischen Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer jeder Kanal mit einer eigenen Wellenlänge übertragen. Haben mehrere der anliegenden Kanäle die gleiche Wellenlänge, so müssen diese (zum Teil oder auch alle) so konvertiert wer den, daß jeder Kanal eine eigene Wellenlänge hat, die dann in einem passiven Wellenlängenmultiplexer zusammengeführt bzw. wieder getrennt werden können.

Diese Wellenlängenkonvertierung findet mittels einer op tisch-elektrisch-optischen Signalwandlung statt. Entspre chend den geforderten Übertragungsraten werden auf den elek tro-optischen Konverterplatinen im Multiplexer geeignete elektro-optische Module eingesetzt, die eine transparente Weiterführung der Signale gewährleisten.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines solchen optischen Kanalmultiplexers 1, der einen passiven Wellenlängenmulti plexer 2, mehrere Signalwandler 5, einen Fernkanalanschluß 3, und mehrere Nahkanalanschlüsse 4 aufweist. Dabei werden die an den Nahkanalanschlüssen 4 einkommenden Signale in den Signalwandlern 5 elektro-optisch konvertiert, im Multiplexer 2 gemultiplext und am Fernkanalanschluß 3 über eine gemein same Faser ausgegeben. Auf der Gegenseite der Übertragungs strecke werden die am Fernkanalanschluß 3 liegenden gemisch ten Signale wieder demultiplext, gegebenenfalls elektro-op tisch zurückkonvertiert und über den jeweiligen Nahkanalan schluß 4 wieder ausgegeben.

Der Signalwandler 5 besteht dazu aus einer Empfangsdiode, einer elektronischen Wandlerschaltung und einer Sendediode. Die dem Eingangssignal in Wellenlänge und Datenrate ange paßte Empfangsdiode wandelt das anliegende optische Signal in ein elektrisches um, welches mittels der elektronischen Wandlerschaltung konvertiert, gegebenenfalls wieder aufbe reitet und dann von einer Sendediode mit einer multiplexfä higen Wellenlänge weitergeschickt wird. Als Sendediode kann ein Laser verwendet werden. Derzeit sind 1300 oder 1310 nm, 1480 nm, 1533 oder 1535 nm, 1543 nm, 1550 nm, 1557 nm und 1645 nm die gebräuchlichsten Wellenlängen. Mit geeigneten passiven WDMs können aber auch andere Wellenlängen einge setzt werden. Die Sendedioden senden auf jedem Kanal mit einer eigenen Wellenlänge, so daß die unterschiedlichen Sig nale im passiven Wellenlängenmultiplexer 2 zusammengeführt und gemischt über den Fernkanalanschluß 3 über eine Faser geschickt werden können.

Für das Multiplexen und Demultiplexen der verschiedenen Wel lenlängen sind Sendedioden mit sehr stabilen Wellenlängen erforderlich, außerdem sollte das Wellenlängenspektrum mög lichst schmal sein, um auch weite Übertragungsstrecken zu ermöglichen. Auch sollen die verwendeten Laser eine mög lichst schmale Linienbreite haben, um bei der Übertragung von optischen Signalen über große Strecken die Faserdisper sion gering zu halten. Weiterhin ist bei der Trennung der optischen Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen im op tischen Demultiplexer die Güte der Kanaltrennung auch davon abhängig, wie genau die gemultiplexten Wellenlängen zu den passiven optischen Wellenlängenmultiplexern passen. Gerade bei eng aneinanderliegenden Wellenlängen kann es leicht zu gegenseitigen Störungen der Signale kommen, oder eine aus reichende Isolation der einzelnen Kanäle fehlen. All diese Bedingungen können durch den Einsatz von Fasern mit inte griertem Bragg-Gitter als Filter auf recht einfache Weise realisiert werden. Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Bragg-Gittern liegt darin, daß ein Sendesystem aus z. B. einem Fabry-Perot-Laser zusammen mit einem Bragg-Gitter ko stengünstiger und auch deutlich leichter anzusteuern und zu regeln ist, als z. B. ein gekühlter DFB-Laser.

Ein solches Bragg-Gitter läßt sich z. B. auf die Art reali sieren, daß im Faserkern in Axialrichtung und auf einer Länge von einigen mm die optische Dichte periodisch vari iert. Dies wird durch geeignete lokale Dotierung erreicht.

Mittels einer Anpassung der Schichtdicke bzw. Periodizität an eine bestimmte interessierende Wellenlänge läßt sich durch Interferenz der an der vorderen und hinteren Grenzflä che der Schicht reflektierten Strahlen eine Auslöschung die ser Wellenlänge erzielen. Dabei kann die optische Dichte dieser Schichten größer und/oder kleiner als im Faserkern sein. Außerdem können verschiedene periodische Schichtfolgen ineinander geschachtelt angeordnet sein. Geeignete Faser- Bragg-Gitter ("Fiber Bragg Gratings") sind von der Firma 3M erhältlich.

Die oben beschriebene Rückkonvertierung kann nach dem Demul tiplexen wegfallen, falls am entsprechenden Nahkanalanschluß ein geeignetes System angeschlossen ist, welches auch die konvertierten Wellenlängen empfangen kann. Ebenso kann die Konvertierung des Eingangssignals wegfallen, falls dieses in einer multiplexfähigen Wellenlänge vorliegt und ausreichende Leistung hat. In den Fig. 1 und 2 ist dies für einen Nah kanalanschluß 4 durch einen gestrichelt dargestellten Sig nalumwandler 5 angedeutet. Dort kann unter Umständen die Konvertierung in eine oder in beide Richtungen entfallen, wodurch die Signale direkt vom Nahkanalanschluß 4 auf den WDM 2 oder umgekehrt geführt werden.

In Fig. 2 ist der sogenannte Duplexbetrieb schematisch ange deutet, d. h. für die Signalübertragung in zwei Richtungen wird jeweils ein Faserpaar für jeden Kanal eingesetzt. Für jede Übertragungsrichtung ist dann ein separater Wellenlän genmultiplexer vorgesehen.

Es können aber auch Signale mit unterschiedlichen Wellenlän gen für jede Richtung (und jeden Kanal) in einem gemeinsamen Wellenlängenmultiplexer zusammengeführt werden, der für die Gegenrichtung auch als Demultiplexer wirkt und die Wellen längen trennt. So können zum Beispiel über einen passiven Vierfach-WDM zwei Kanäle im Duplexbetrieb über eine einzige Faser übertragen werden, wie in Fig. 3 dargestellt.

Durch die Möglichkeit, zwei oder mehr Signale mit gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängen mittels eines erfin dungsgemäßen optischen Kanalmultiplexers über eine Glasfaser zu übertragen, läßt sich einerseits die benötigte Zahl an Glasfasern für eine Übertragungsstrecke reduzieren, oder an dererseits die Anzahl der übertragbaren Signale erhöhen.

Claims

1. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer (1) mit

(a) einem Wellenlängenmultiplexer (2),
(b) einem Fernkanalanschluß (3) und
(c) mehreren Nahkanalanschlüssen (4),
(d) wobei für mindestens ein optisches Signal eines Nahkanalanschlusses (4) ein Signalwandler (5) für eine Wellenlängenkonvertierung vorgesehen ist,
(e) wobei der Signalwandler (5) zwischen dem zugehörigen Nahkanalanschluß (4) und dem Wellenlängenmultiplexer (2) und der Wellenlängenmultiplexer (2) mit dem Fernkanalan schluß (3) über eine optische Verbindung verbunden sind, und
(f) wobei der Signalwandler (5)
(f1) eine Empfangsdiode,
(f2) eine elektronische Wandlerschaltung, und
(f3) eine Sendediode aufweist.

2. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach Anspruch 1, wobei die Sendediode ein Laser ist.

3. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optischen Signale mittels eines optischen Filters gefiltert werden.

4. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach Anspruch 3, wobei das optische Filter ein Bragg-Gitter ist.

5. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach Anspruch 4, wobei das Bragg-Gitter gebildet wird durch eine einfach- oder mehrfach-periodische Änderung der op tischen Dichte des Faserkerns in Axialrichtung der Fa ser.

6. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als optische Verbin dung je Kanal eine Glasfaser vorgesehen ist.

7. Optischer Kanalmultiplexer und/oder -demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als optische Verbin dung je Kanal ein Glasfaserpaar vorgesehen ist.